Las galaxias tienen una amplia variedad de formas y tamaños. Algunas de las diferencias más significativas entre las galaxias, sin embargo, se relacionan con dónde y cómo forman nuevas estrellas. La investigación convincente para explicar estas diferencias ha sido esquiva, pero eso esta por cambiar.

Un vasto nuevo proyecto de investigación con el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), conocido como PHANGS-ALMA (Física en alta resolución angular en galaxias cercanas), profundiza en esta pregunta con mucho mayor poder y precisión que nunca al medir la demografía y las características de un asombroso 100, 000 viveros estelares individuales repartidos por 74 galaxias.

PHANGS-ALMA, una campaña de investigación en curso y sin precedentes, ya ha acumulado un total de 750 horas de observaciones y les ha dado a los astrónomos una comprensión mucho más clara de cómo cambia el ciclo de formación de estrellas, dependiendo del tamaño, la edad, y dinámica interna de cada galaxia individual. Esta campaña es de diez a cien veces más poderosa (dependiendo de sus parámetros) que cualquier encuesta anterior de este tipo.

"Algunas galaxias están llenas de nuevas estrellas, mientras que otras han gastado la mayor parte de su combustible para la formación de estrellas hace mucho tiempo. El origen de esta diversidad puede estar muy probablemente en las propiedades de los mismos viveros estelares, "dijo Erik Rosolowsky, astrónomo de la Universidad de Alberta en Canadá y co-investigador principal del equipo de investigación PHANGS-ALMA.

Presentó los hallazgos iniciales de esta investigación en la 233a reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense que se celebra esta semana en Seattle. Washington. También se han publicado varios artículos basados ​​en esta campaña en el Diario astrofísico y el Cartas de revistas astrofísicas .

"Las observaciones anteriores con generaciones anteriores de radiotelescopios proporcionan algunos conocimientos cruciales sobre la naturaleza del frío, densos viveros estelares, ", Dijo Rosolowsky." Estas observaciones, sin embargo, carecía de la sensibilidad, resolución de escala fina, y el poder de estudiar toda la amplitud de los viveros estelares en toda la población de galaxias locales. Esto limitó gravemente nuestra capacidad para conectar el comportamiento o las propiedades de los viveros estelares individuales con las propiedades de las galaxias en las que viven ".

Por décadas, Los astrónomos han especulado que existen diferencias fundamentales en la forma en que las galaxias de disco de varios tamaños convierten el hidrógeno en nuevas estrellas. Algunos astrónomos teorizan que más grande, y galaxias generalmente más antiguas, no son tan eficientes en la producción estelar como sus primos más pequeños. La explicación más lógica sería que estas grandes galaxias tienen viveros estelares menos eficientes. Pero probar esta idea con observaciones ha sido difícil.

Por primera vez, ALMA está permitiendo a los astrónomos realizar el censo de amplio alcance necesario para determinar cómo las propiedades a gran escala (tamaño, movimiento, etc.) de una galaxia influyen en el ciclo de formación de estrellas en la escala de nubes moleculares individuales. Estas nubes tienen solo unas pocas decenas a unos pocos cientos de años luz de diámetro, que es fenomenalmente pequeño en la escala de una galaxia entera, especialmente cuando se ve desde millones de años luz de distancia.

"Las estrellas se forman de manera más eficiente en algunas galaxias que en otras, pero la escasez de alta resolución, Las observaciones a escala de nubes significaron que nuestras teorías fueron probadas débilmente, por eso estas observaciones de ALMA son tan críticas, "dijo Adam Leroy, astrónomo de la Universidad Estatal de Ohio y co-investigador principal del equipo PHANGS-ALMA.

Parte del misterio de la formación estelar, los astrónomos señalan, tiene que ver con el medio interestelar:toda la materia y la energía que llena el espacio entre las estrellas.

Los astrónomos comprenden que existe un ciclo de retroalimentación continuo en y alrededor de los viveros estelares. Dentro de estas nubes bolsas de gas denso colapsan y forman estrellas, que interrumpe el medio interestelar.

"En efecto, La comparación de las primeras observaciones de PHANGS con las ubicaciones de las estrellas recién formadas muestra que las estrellas recién formadas destruyen rápidamente sus nubes de nacimiento. ", dijo Rosolowsky." El equipo de PHANGS está estudiando cómo se desarrolla esta disrupción en diferentes tipos de galaxias, que puede ser un factor clave en la eficiencia de la formación de estrellas ".

Para esta investigación, ALMA está observando moléculas de monóxido de carbono (CO) de todos los relativamente masivos, generalmente galaxias espirales de cara visible desde el hemisferio sur. Las moléculas de CO emiten naturalmente la luz de longitud de onda milimétrica que ALMA puede detectar. Son particularmente efectivos para resaltar la ubicación de las nubes en formación de estrellas.

"ALMA es una máquina increíblemente eficiente para mapear el monóxido de carbono en grandes áreas en galaxias cercanas, ", dijo Leroy." Pudo realizar este estudio debido a la potencia combinada de los platos de 12 metros, que estudian características de escala fina, y el más pequeño, Platos de 7 metros en el centro de la matriz, que son sensibles a las características a gran escala, esencialmente llenando los vacíos ".

Una encuesta complementaria, PHANGS-MUSE, utiliza el Very Large Telescope para obtener imágenes ópticas de las primeras 19 galaxias observadas por ALMA. MUSE son las siglas de Multi-Unit Spectroscopic Explorer. Otra encuesta, PHANGS-HST utiliza el telescopio espacial Hubble para estudiar 38 de estas galaxias y encontrar sus cúmulos estelares más jóvenes. Juntos, Estos tres estudios dan una imagen sorprendentemente completa de qué tan bien las galaxias forman estrellas al sondear gas molecular frío, su movimiento, la ubicación del gas ionizado (regiones donde ya se están formando estrellas), y las poblaciones estelares completas de las galaxias.

"En astronomía, no tenemos la capacidad de observar el cambio del cosmos con el tiempo; las escalas de tiempo simplemente eclipsan la existencia humana, "señaló Rosolowsky." No podemos mirar un objeto para siempre, pero podemos observar cientos de miles de nubes formadoras de estrellas en galaxias de diferentes tamaños y edades para inferir cómo funciona la evolución galáctica. Ese es el valor real de la campaña PHANGS-ALMA ".

"También miramos de miles a decenas de miles de regiones de formación de estrellas dentro de cada galaxia, atrapándolos a lo largo de su ciclo de vida. Esto nos permite construir una imagen del nacimiento y la muerte de los viveros estelares en las galaxias, algo casi imposible antes de ALMA, "añadió Leroy.

Hasta aquí, PHANGS-ALMA ha estudiado alrededor de 100, 000 objetos similares a la nebulosa de Orión en el universo cercano. Se espera que la campaña finalmente observe alrededor de 300, 000 regiones de formación de estrellas.